任務1　遠動系統基本概念

任務書

1.描述遠動技術的概念。

2.描述遠動系統的分類及作用。

3.描述遠動系統工作原理。

4.討論衡量遠動系統性能的指標。

理論知識

遠動技術是人們為了監視和控制分散狀態的生產過程，綜合利用自動控制理論、現代通信技術以及計算機技術而形成的一門獨立的學科，起源于20世紀30年代。近幾十年來，隨著科學技術的發展，特別是計算機技術、現代通信技術、自動控制技術、檢測技術等的迅猛發展，遠動技術得到飛速發展，應用領域和所涉及的技術范圍更為廣泛、功能也不斷提高，在控制距離、控制功能、容量和自動化程度上都有了階躍性的發展。遠動技術在許多領域都得到了深入應用，如現代電力工業、石油工業、采礦工業、城市交通、衛星通信、火箭導彈、宇航工業、醫療衛生等。隨著人工智能、模糊控制等新技術的不斷涌現，遠動技術必將得到更進一步的發展和應用。

一、遠動系統的分類及作用

遠動技術是指控制端（或稱總機、主機、調度端）與被控制端（或稱執行端、分機、從機、結點、終端）之間實現遙控、遙信和遙測技術的總稱。綜合應用了自動控制理論、現代通信技術以及計算機技術。用于實現遠距離的在人（或機器）和機器之間交換信息的功能。以遠程控制技術為基礎構成的系統稱為遠動系統。

遠動系統從不同的角度，有多種分類方法：

（一）按功能分類

按功能來區分，分為遙控、遙信和遙測系統。

1.遙控系統：對被控對象進行遠距離控制的系統。

2.遙信系統：對被控對象的工作極限狀態進行遠距離測定的系統。

3.遙測系統：對被控對象中的某些參數進行遠距離測量的系統。

（二）按信號產生和發送的方式分類

按信號產生和發送的方式來區分，分為非周期型遠動系統和周期型遠動系統。

1.非周期型遠動系統：系統中信號的產生和發送是隨機的，平時系統不動作，控制端要發送命令或執行端被控對象狀態發生變化時，即有信息產生時整個系統才動作。

2.周期型遠動系統：系統中不管信號是否有變化，或者說信息是否產生，整個系統都是處于循環不停的周期性工作狀態中。

（三）按工作方式分類

按工作方式來區分，分為1∶1方式、1∶n方式和m∶n方式。

1.1∶1方式：是指一個控制端和一個執行端組成的系統；

2.1∶n方式：是指一個控制端對應n個執行端組成的系統；

3.m∶n方式：是指m個控制端和n個執行端組成的系統。

（四）按網絡結構分類

按網絡結構來區分，分為總線型、環形、星形、樹形等。

（五）按遠動系統采用的信道分類

按遠動系統所采用的信道來區分，分為有線和無線遠動系統。

（六）按被控對象所用元件分類

按被控對象所用元件不同來區分，分為有接點和無接點遠動系統。

（七）按遠動系統功能實現方式分類

根據遠動系統是用硬件還是軟件實現來區分，可分為布線邏輯式遠動系統和軟件化遠動系統。

二、遠動系統的工作原理

（一）遙控系統

遙控就是對被控對象進行遠距離控制，使被控對象按所傳遞的命令去完成特定的功能。遠距離控制的“遠”是相對的說法，可以是幾米遠，也可以是幾十到幾百公里，還可以是幾十萬公里外。遙控系統由控制端、執行端和信道三部分組成，其系統組成如圖1-1所示。

控制端：發出控制命令的設備。

執行端：執行控制端命令的設備。

信道：連接控制端和執行端的通道，信號的運載工具。

控制端發出的控制命令是控制人員或計算機對被控對象發出的控制意圖，控制端將非電量的控制意圖變換成電信號，并進行編碼，然后經過合適的變換，通過信道傳遞到執行端，執行端通過譯碼后，控制具體的被控對象。遙控系統工作原理框圖如圖1-2所示。

命令形成：將操作人員的控制意圖通過控制端設備變為控制命令。

編碼：將控制命令按照雙方約定轉變為適合在信道中傳輸的信號，并具有一定的抗干擾能力。

信道：信號的運載工具。

譯碼：將從信道上接收的信號恢復成與原始命令相對應的執行命令，通過執行環節去操縱相應的被控對象。

執行：將接收到的控制命令變為被控對象能接收的動作。

對象：根據具體需求可以有1～n個被控對象。

（二）遙信系統

遙信是對遠距離被控對象的工作極限狀態（如：工作電壓的超限與正常、信號機的開放與關閉、道岔的定位與反位、股道的占用與空閑等狀態）進行遠距離的測定，通常利用表示燈或表示設備監視被控對象的極限狀態。遙信系統要反映被控對象的狀態，所以它的信息源是在執行端，而接收信息的場所是在控制端，信息的傳輸方向是由執行端到控制端。遙信系統工作原理框圖如圖1-3所示。

表示形成：對被控對象的極限工作狀態信息進行采集，并形成相應的表示信息。

表示設備：系統用表示燈或計算機顯示終端將被控對象的極限工作狀態顯示出來。

其他環節同遙控系統。

（三）遙測系統

遙測是對被控對象中的某些參數進行遠距離測量。相對的遠“距離”，可以近到幾米，如高速旋轉體內相關參數的遙測，也可以遠離到幾十萬公里，如衛星和深空探測中的遙測。與遙信系統的區別是測量對象的參數是模擬量而不是數字量，如繼電器的動作電壓、軌道電路送受端電壓、信號機的點燈電壓等。遙測系統工作原理框圖如圖1-4所示。

采集設備：對要測量對象的參數，通過采集設備不斷地進行采集。

記錄顯示設備：系統通過計算機對采集的參數進行記錄、處理，并在顯示終端進行顯示。

其他環節同遙控系統。

遠動系統能進行遠程控制、遠程狀態監視和遠程參數測量，一個完整的遠動系統的結構如圖1-5所示。遙控、遙信及遙測可在同一信道上傳送不同的信息，兩個不同方向的信息可以同時傳送，也可根據需要分時傳送。信道一般分為有線信道和無線信道，有線信道如對稱電纜、同軸電纜、光纖等；無線信道是利用空間的各個通信頻段進行信息傳播。

遠動系統的主要任務，一是集中監視，提高安全經濟運行水平，正常狀態下實時監視系統工作狀態，為系統最優運行方式提供依據；事故時，提供全面、系統的事故分析數據及狀態，及時了解事故的發生和范圍，加快事故處理進程。二是集中控制，提高勞動生產率，借助遠程控制設備，實現無人化或少人化，改善勞動人員工作條件。

三、遠動系統的性能指標

（一）系統設備可靠性

要保證遠動系統設備的工作穩定性，就必須做到其硬件設備在技術要求所規定的工作條件下，能夠保證實現其技術指標的能力。遠動系統的工作穩定性直接與裝置本身的可靠性有關，裝置設備的一次誤動或是失效都有可能引起嚴重的后果，造成生命和財產的損失。

系統設備的可靠性是指一般用平均故障間隔時間，即兩次偶然故障的平均間隔時間來表示，要提高遠動系統運行的系統可靠性，就要注意保證做到如下幾點：

（1）針對系統應用的不同領域，制定合理的設計方案。應盡可能簡化設備硬件，模塊電路力求簡單，并充分利用好軟件的功能，提高系統運行的綜合性能。

（2）遠動裝置由許許多多的組件所構成，包括：通信設備、計算機設備、檢測電路模塊等等，只有選用高質量的硬件產品，提高產品的加工技術水平，才能保證遠動裝置設備自身的產品質量。

（3）遠動裝置的工程安裝與調試質量也影響到設備運行工作的可靠性，要注重加強對遠動系統設備安裝施工過程的質量管理與控制，提高工程質量。

（4）遠動系統設備工作運行的溫度、濕度和衛生環境條件必須得到滿足，并為其提供可靠的工作電源。

（5）要定期對系統設備進行巡視、維護與檢修，保證預防設備故障的出現。目前，我國自行設計生產的遠動裝置一般平均故障間隔時間要求控制端達到5000h以上，被控端達到8000h以上。

（二）信息傳輸差錯率

遠動系統在信息傳輸過程中，會因為受到設備自身或外界干擾源的干擾而出現信息傳輸錯誤。信息傳輸過程中的這種不可靠性通常用信息的差錯率來表示：

信息傳輸中的差錯率包括誤比特率、誤碼率和誤字節率，且常用誤碼率表示。在通常情況下，差錯率要求在信噪比大于15dB時，誤碼率小于10-5。

（三）系統容量

遠動裝置的容量是指遙控、遙測及遙信功能所實現的對象數量。遠動裝置在設計初期就必須了解實際用戶對系統容量的要求。同時，應考慮到遙控、遙測及遙信功能的可擴展性。隨著計算機及網絡技術的發展，遠動裝置還要根據社會生產的需求完成生產過程中的事件記錄、數據處理、信息轉發、安全監視等功能。

（四）實時性

遠動系統信息的“實時性”是提高生產效率，加速事故處理，及時了解被控對象運行工作狀態等情況的關鍵，這也是對系統顯而易見的要求。“實時性”常用信息“響應時間”來衡量，它是指從信息發送端事件信息發出到信息接收端正確地收到該事件信息的這一段時間間隔。

（五）抗干擾能力

遠動裝置在運行過程中所受到的干擾主要指電磁干擾，受到外界或自身設備干擾的因素很多，如：雷電干擾、無線電波干擾、靜電干擾、設備操作過程中的電磁干擾等。遠動系統中最易受到干擾的部位是信道，而信道所受到的干擾主要是外界干擾源的干擾和在多路傳輸時信道間的路際干擾。

遠動系統的抗干擾能力是指在有電磁干擾的情況下，遠動系統仍能保證技術指標的能力。增加抗擾度的方法大致有兩種：其一是在信道輸入端適當變換信號的形式，使其不易受干擾的影響；其二是在接收端變換環節的結構上加以改善，使其具有消除干擾的濾波和補償能力。

（六）兼容性及維修性

遠動系統應具備較好的兼容性，選型設計時要考慮設備的規范化、系列化，要注重采用模塊化結構，以便于硬件維護與檢修。遠動系統的主要性能指標對同一系統往往并非同時能夠滿足，其中存在著矛盾，因此需要權衡利弊，予以選擇。